Le terme fonte, comme le terme acier, identifie une grande famille d’alliages ferreux. Les fontes sont des alliages ferreux à plusieurs composants. Ils contiennent des éléments majeurs (fer, carbone, silicium), mineurs (0,01%).
La fonte contient plus de carbone et de silicium que l’acier. En raison de la teneur plus élevée en carbone, la structure de la fonte, par opposition à celle de l’acier, présente une phase riche en carbone. En fonction principalement de la composition, de la vitesse de refroidissement et du traitement à l’état fondu, la fonte peut se solidifier selon le système Fe-Fe3C métastable thermodynamiquement ou le système Fe-Gr stable.
Lorsque le chemin métastable est suivi, la phase riche en carbone dans l’eutectique est le carbure de fer; lorsque le chemin de solidification stable est suivi, la phase riche en carbone est le graphite. En se référant uniquement au système binaire Fe-Fe3C ou Fe-Gr, la fonte peut être définie comme un alliage fer-carbone avec plus de 2% de C. Il est important de noter que le silicium et d’autres éléments d’alliage peuvent considérablement modifier la solubilité maximale du carbone dans l’austénite (g). Par conséquent, dans des cas exceptionnels, les alliages à moins de 2% de C peuvent se solidifier avec une structure eutectique et appartiennent donc toujours à la famille des fontes.
La formation d’eutectique stable ou métastable est fonction de nombreux facteurs, notamment le potentiel de nucléation du liquide, la composition chimique et la vitesse de refroidissement. Les deux premiers facteurs déterminent le potentiel de graphitisation du fer. Un potentiel de graphitisation élevé donnera des fers avec du graphite comme phase riche en carbone, tandis qu’un faible potentiel de graphitisation donnera des fers avec du carbure de fer.
Les deux types de base d’eutectique – l’austénite-graphite stable ou l’austénite-carbure de fer métastable (Fe3C) – présentent de grandes différences dans leurs propriétés mécaniques, telles que la résistance, la dureté, la ténacité et la ductilité. Par conséquent, la portée de base du traitement métallurgique de la fonte consiste à manipuler le type, la quantité et la morphologie de l’eutectique afin d’atteindre les propriétés mécaniques souhaitées.
Classification
Historiquement, la première classification de la fonte était basée sur sa fracture. Deux types de fer ont été initialement reconnus:
- Fer blanc: Présente une surface de fracture cristalline blanche car la fracture se produit le long des plaques de carbure de fer; elle est le résultat d’une solidification métastable (eutectique Fe3C)
- Fer gris: Présente une surface de fracture grise car la fracture se produit le long des plaques de graphite (flocons); elle est le résultat d’une solidification stable (eutectique Gr).
Avec l’avènement de la métallographie, et à mesure que l’ensemble des connaissances pertinentes pour la fonte augmentait, d’autres classifications basées sur des caractéristiques microstructurales sont devenues possibles:
- Forme du graphite: Graphite lamellaire (flocon) (FG), graphite sphéroïdal (nodulaire) (SG), graphite compacté (vermiculaire) (CG) et graphite tempéré (TG); le graphite tempéré résulte de? réaction à l’état solide (malléabilisation.)
- Matrice : ferritique, perlitique, austénitique, martensitique, bainitique (austempérée).
Cette classification est rarement utilisée par le fondeur. La terminologie la plus utilisée est la terminologie commerciale. Une première division peut être faite en deux catégories:
- Fontes courantes: Pour des applications générales, il s’agit de fontes spéciales non alliées ou faiblement alliées
- : Pour des applications spéciales, généralement fortement alliées.
La correspondance entre la classification commerciale et la classification microstructurale, ainsi que l’étape finale de traitement pour l’obtention de fontes communes, sont données à la Fig. 2.
Les fontes spéciales diffèrent des fontes courantes principalement par la teneur plus élevée en éléments d’alliage (> 3%), qui favorisent les microstructures ayant des propriétés spéciales pour les applications à température élevée, la résistance à la corrosion et la résistance à l’usure. Une classification des principaux types de fontes spéciales est illustrée à la Fig. 1.
Fig. 1. Classification de la fonte spéciale fortement alliée
Fig.2. Microstructures de base et traitement pour obtenir des fontes commerciales courantes